我们能造出更好的(水果)苍蝇诱捕器吗?

微生物如何制造几乎无法克服的果蝇通用陷阱

没有什么比新鲜水果的初尝更美妙了。各种香气和风味让您暂时忘却日常生活,并为身体提供丰富的营养,以改善整体健康。但果蝇这种微小飞虫的存在却带来了阴暗的一面。

果蝇在地球上已经存在了数百万年,并且自人类农业诞生以来,它一直是其一大祸害。全球有超过5,000种,其中约有 1,400 种选择多汁的水果作为它们的家园。虽然我们大多数人可能认为它们是相当无害的害虫,但它们给农民造成了巨大的经济负担,导致数十亿美元的损失。近距离来看,研究表明它们可以积聚和传播病原体,例如潜在致命的大肠杆菌 O157:H7

由于果蝇的烦扰和潜在危害,开发果蝇陷阱一直是研究人员 100 多年的目标。首次测试是为了确定其生存所需的食物来源。在1917年,最初的陷阱侧重于使用酵母发酵。在科学家们对这种害虫进行了更全面的营养分析后,于1939年扩展到包含水果成分。

尽管实验室研究为陷阱的主要成分——诱饵——提供了一些视角,但对果蝇陷阱的进一步分析表明,情况远不止于此。实际选择寄主植物不仅仅是香气的问题。相反,吸引力是基于遗传、生理和整体行为的复杂相互作用。

1991年,对特定果蝇属果蝇的研究证明了这一点,其中两个密切相关的物种,塞舌尔果蝇模拟果蝇,它们的寄主选择完全不同。前者仅选择海滨炮桐,而后者则选择香蕉。为了使情况更加令人沮丧,这两个物种之间的杂交导致了无法预测的中间行为。

2008 年,果蝇食物偏好的差异被追溯到昆虫的基因。通过观察多种不同的刺激物,包括苹果、草莓、酵母、醋,以及新鲜或腐烂的香蕉或柠檬,果蝇偏好的改变可以追溯到果蝇自身基因谱的变化。

这种遗传多样性背后的机制仍然是一个谜。是进化的结果,还是存在环境压力?这个问题一直没有得到解答,直到去年,三项独立研究揭示了潜在的缺失环节:细菌。

二月,第一项研究揭示了两种特定细菌属,乳酸杆菌醋杆菌的水平如何改变果蝇的进食方式。两者都参与葡萄糖代谢,帮助调节血液中的水平。此外,醋杆菌有助于调节脂质水平,使其没有过剩。其结果是幼虫发育时间缩短,生活也更健康。

五月,一项研究检查了微生物群如何影响基因的整体表达。正如预期的那样,微生物组成的改变导致了分子和生理水平上的差异。更有趣的是,这加剧了地理变异,表明环境的变化可能意味着微生物和生活方式的转变。如果这种转变永久化,果蝇的行为也将改变,包括其食物偏好,以及可能吸引它的事物。

最后,上个月,一个美国研究团队研究了果蝇与微生物在相对孤立的地理空间:夏威夷的相互作用。该团队广泛研究了果蝇如何与细菌和酵母共存,以检查寄主转移、共生关系以及变化的程度。他们发现,果蝇惊人的多样性是由于微生物在其生活的各个方面的影响,从发育到营养,甚至是配偶选择。

这项最后研究的结果对于那些希望开发完美果蝇陷阱的人来说,描绘了一幅相当黯淡的图景。作者指出,基因从细菌转移到果蝇是造成永久性基因改变的原因。虽然这些性状发展背后的确切蓝图尚未阐明,但关联足够强大,可以得出结论:可能永远没有一种完美的方法可以吸引所有果蝇。

迄今为止获得的信息让我们对果蝇的多样性有了更好的认识,并为更深入地理解整个陆地生态系统提供了一个绝佳的模型。但找到完美的陷阱仍然遥不可及。如果有一线希望,那可能在于利用细菌和/或它们的代谢物来增加吸引的机会。最接近的选择是识别醋酸作为一种准通用刺激物。通过一些微生物的操纵,也许有一天可以开发出一种新颖的利用细菌的装置,以经济上帮助农民,并使我们能够享受充满水果的快乐时光,而无需挥手驱赶。

 

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自青少年时期起,Jason Tetro就把实验室视为他的第二个家。他在微生物学和免疫学方面的经验使他涉足多个领域,包括血液传播、食品和水病原体;环境微生物学;消毒和防腐;以及SARS、禽流感和寨卡病毒等新兴病原体。他目前是圭尔夫大学的访问科学家。在公众中,Jason更广为人知的名字是“The Germ Guy”(细菌 guy),他经常在媒体上以其有时非传统的视角解读科学。Jason著有两本书:《The Germ Code》(2014年入围年度科学图书奖)和《The Germ Files》(曾连续几周登上全国畅销书榜)。他还合编了《The Human Microbiome Handbook》(人类微生物组手册),该书从学术角度探讨了微生物对人类健康的影响。他住在多伦多。

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